Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и постановка задачи исследования 1 1
1.1. Роль судоходства в загрязнении окружающей среды 11
1.2. Анализ современных требовании и технический уровень дизельных установок судов 18
1.3. Современная техника и технолої ии нейтрализации вредных веществ 28
1.3.1. Гомогенное и гетерогенное восстановление окислов азота 28
1.3.2. Абсорбционные методы очистки 35
1.3.3. Адсорбционные методы очистки 39
1.4 Общая характеристика состояния вопроса и постановка задачи исследования 42
2. Разработка методики и выбор технологии нейтрализации NOx в отработавших газах дизельных установок судов 45
2.1. Разработка методики оценки и выбор наиболее рациональной технологии нейтрализации вредных выбросов дизельных установок судов 45
2.2. Методика количественной оценки частных показателей 57
2.2.1. Количественный сосиш группы экспертов 58
2.2.2. Качественный отбор экспертов 66
2.3. Оценка и выбор наиболее рациональной технологии нейтрализации вредных выбросов 72
3. Экспериментальная установка, аппаратура, объект испытаний и методы проведения 74
3.1. Объект испытаний, экспериментальная установка, и измерительная аппаратура 74
3.2. Разработка методики проведения экспериментальных исследований 78
3.3. Формулы, применяемые при расчете 84
3.4. Статистическая оценка методики проведения экспериментальных исследований 87
4. Расчетно-теоретические исследования и разработка устройства для нейтрализации оксидов азота 89
4.1. Анализ кинетики восстановления оксидов азота 89
4.2. Расчетно-теоретические исследования физических условий работы устройства для нейтрализации оксидов азота ОГ дизелей 96
4.2.1 Обоснование выбора математической модели 96
4.2.2 Формулировка граничной задачи для схемы "активного сечения" 97
4.3 Газодинамический расчет 106
4.4 Расчет количества восстановителя необходимого для нейтрализации оксидов азота дизеля 1 Ч 8,5/11 111
5. Экспериментальные исследования и разработка рекомендаций по совершенствованию технологии нейтрализации оксидов азота 114
5.1 Анализ влияния режимов работы дизельных установок на состав отработавших газов и ход процессов нейтрализации NOv. 116
5.2 Экспериментальные исследования эффективности восстановления NOx в устройстве, реализующем бес каталитическую селективную технологию нейтрализации 131
5.3 Общие технические требования к судовым системам нейтрализации с предлагаемой конструкцией нейтрализатора в основе 151
5.4 Оценка экологической и экономической эффективности устройства 157
Заключение 165
Список литературы
- Современная техника и технолої ии нейтрализации вредных веществ
- Методика количественной оценки частных показателей
- Формулы, применяемые при расчете
- Расчетно-теоретические исследования физических условий работы устройства для нейтрализации оксидов азота ОГ дизелей
Введение к работе
Вопросы охраны окружающей среды постоянно находятся в центре внимания общественности, политиков и государственных органов. Требование, гарантирующие право каждого на благоприятную окружающею среду, достоверную информацию о ее состоянии, на удовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда отражены в статьях 37 п. 3 и 42 Конституции России, а также действующем законе РФ «Об охране окружающей среды».
Особое внимание во всем мире при этом уделяется транспортным и промышленным дизелям, установленная мощность которых уже сейчас превышает установленную мощность всех тепловых электростанций и продолжает расти из года в год. У нас в стране расширение использования стационарных дизельных установок стимулируется Законом об энергоресурсосбережении.
В этой связи в условиях быстрого роста мирового флота, оснащения судов высокофорсированными дизелями повышенной оборотности, а также изменение структуры топливного баланса в сюрону увеличения потребления тяжелых низкокачественных топлив становится особо актуальной проблема снижения загрязнения окружающей среды дизелями эксплуатирующихся судов.
Это особенно актуально для регионов прилегающих к водным путям с интенсивным судоходством, где доля флота ь выпадающих кислотных осадках доходит до 20 - 50%. К числу таких регионов можно отнести и Санкт-Петербург, являющейся крупным транспортным узлом.
Распространение мандата комитета защиты морской среды (МЕРС) Международной морской организации (ИМО) на охрану воздушного бассейна от загрязнения его судами обострило внимание законодателей и специалистов к выбросам вредных веществ с отработавшими газами дизельных установок судов, инициировало проведение целой серии исследований.
Многочисленные сообщения в периодических изданиях говорят о начале разработки и введении в различных странах национальных ограничений на работу двигателей в портах, о принятии мер, стимулирующих внедрение природоохранных технологий, о вступлении в строй новых судов, оснащенных системами комплексной нейтрализации вредных выбросов. Соответствующие исследования проводятся и в нашей стране в т.ч. и СПГУВК.
Они показали, что суда смешенного река-море плавания являются выраженными источниками локального загрязнения атмосферы жилых районов, прилегающих к водным акваториям с интенсивным судоходством, портам, рейдам другим местам скопления флота. Дизельные установки этих судов, располагая значительными агрегатными мощностями, выбрасывают в атмосферу поток отработавших газов порядка 2-8 кг/с с высоты не выше 13м от уровня воды. В результате такого сочетания параметров в зоне рассеяния потока создаётся 6-19 кратное превышение предельно-допустимых концентраций N04 и 1.5 - 1.8 - кратное превышение по саже. Причем если по саже эта ситуация присуща только дизелям устаревших конструкций, по оксидам азота превышение ПДК в атмосфере жилой зоны является доминирующим во всех случаях с незначительным снижением в результате ухудшения технического состояния.
Таким образом, N04 оказывает вредное воздействие на окружающую среду через разрушение озонового слоя, кислотные осадки, непосредственное локальное воздействие на человека, приводя к ухудшения здоровья. Это делает проблему снижения выбросов NON исключительно актуальной.
Известно, что исходными веществами для образования окислов азота в процессе сгорания топлива является азот и кислород. Вместе они составляют 99 % всасываемого двигателем воздуха. Кислород частично используется в процессе сгорания, но остается избыточный кислород, количество которого зависит от избытка воздуха на режиме работы двигателя. Азот в процессе сгорания большей частью остается нейтральным, однако небольшой процент его окисляется с образованием различных окислов. Оксиды азота (NOx) включающие NO и N02, образуются при горении преимущественно на внешней стороне пламени и количественно зависят главным образом от температуры и наличия в топливе соединений азота. В процессе сгорания при высоких температурах на формирование N(\ влияет также время. Другими словами, чем выше температура пламени, реализующаяся в рабочем цикле в результате, например высокого давления сгорания, высокой степени сжатия, высокой скорости топливоподачи и т.д., тем больше вероятность образования N04 в больших концентрациях. По этой причине малооборотные дизели, как правило, имеют более высокое содержание N04 в отработавших газах, чем высокооборотные.
В силу отличительных- особенностей эксплуатации флота акватории портов и судовые фарватеры, таким образом, являются мощным стационарным источником загрязнения атмосферы городов NO и решение проблемы снижения выбросов вредных веществ дизельными установками судов прежде всего связанно с созданием технологий снижения N04, как для вновь создаваемых судов так и судов находящихся в эксплуатации. В соответствии с этим цель данной работы: повышение экологической безопасности дизельных установок судов выбором рациональной технологии нейтрализации оксидов азота в отработавших газах.
Первые исследования технологий нейтрализации NC\, выполненные входе реализации поставленных целей, показали, что они все включают в себя восстановитель в виде раствора аммиака, катализатор, либо нагревательное устройство, при этом от комплектации системы зависит, как её эффективность, так и технико - экономические паказатели.
В ходе реализации поставленной задачи в первую очередь пришлось решить вопросы методологии выбора наиболее рациональной технологии. Для этой цели была разработана соответствующая методика, разработано её методическое и математическое обеспечение. Применение разработанной методики позволило выстроить известные технологии с помощью функции желательности в следующей последовательности:
1. Комплексное каталитическое восстановление
2. Селективное каталитическое восстановление 3.Селективное некаталитическое восстановление
4. Абсорбсная восстановительная
5. Абсорбсная окислительная
6. Применение ускоренных электропок
7. Сухая химосорбция
8. Адсорбция
В качестве наиболее приемлемой технологии выбрано селективное некаталитическое восстановление.
Второй не менее важный вопрос наши.чший разрешение в данной работе это технико - гигиеническая оценка ДУ, жсплуатирующихся судов, формирование требований к эффективности, предлагаемой системы. Исследования показали, что большинство двигателей, жсплуатирующихся на судах, не удовлетворяют современным требованиям і интерес представляют технологии, обеспечивающие эффективность на уровне не ниже 30%.
Соответственно встали вопросы рациональной организации технологического процесса в нейтрализаторе. Для это! о был выполнен анализ кинетики химических процессов в выбранном устрі Йстве. Рассмотрены физические условия их протекания, для чего была рачлботана математическая модель, соответствующая методика и программа.
Для проверки теоретических положений спроектировано и изготовлено устройство позволяющее реализовать выбр.м-шую технологию, создан экспериментальный стенд, проведены экспериментальные исследования, в ходе которых ставились и решались задачи напр івленньїе на оптимизацию конструкции опытного устройства в целом и технологии.
В ходе исследований удалось установить, что в испытанном устройстве процесс восстановления начинается при температуре Т0, = 563 - 573 К с эффективностью є = 15-30 %. При температуре газу Т(1Г = 758 - 773 К линейной скорости Н = 21.30 - 22 м/с объёмном расходе W = 36.4 - 37.5 эффектов нсть достигает є = 55 % При этом в качестве основных параметров позволяющего повысить эффективность установлена температура ОГ, концентрация восстановителя в камере смешения линейная скорость газа и его объёмный расход. Полученные выводы позволили сформулировать технические требования к судовым системам нейтрализациа на базе представленной технологии, предложить конкретные их технические схемы, которые намерен использовать в своей работе Центр судостроения.
По итогам выполненной работы на защиту выносятся следующие положения и результаты:
1. методика оценки и выбора наиболее рациональной технологии нейтрализации, банк данных для практического использования.
2. усовершенствованная технология восстановления NOx и конструкция устройства, позволяющая её реализовать.
3. модель и методика газодинамическою расчёта проточной части опытного устройства
4. результаты анализа теоретических и комплексных экспериментальных исследований по повышению эффективности предлагаемой технологии.
5. Общие технические требования к судокым системам нейтрализации с предложенной конструкцией нейтрализатора.
Современная техника и технолої ии нейтрализации вредных веществ
Общепризнанно, что единственным путем, позволяющим координально снизить загрязнение атмосферы от N04, пост\ пающих с отработавшими газами стационарных и транспортных дизельных установок, является оснащение их системами нейтрализации этих выбросов после выпуска из дизеля (см. рис. 1.5). Рассмотреть все возможные варианты системы очень сложно, тем более, что приоритеты, отдаваемые в судовых системах нейтрализации вредных выбросов отличается от наземных транспортных систем. Если на наземных видах транспорта с дизельными двигателями, приоритет отдается очистке отработавших газов от сажистых частиц и продуктов неполного сгорания, то в судовых и стационарных - очистке от окислов азота, количество которых в отработавших газах дизельных установок этого типа преобладает по сравнению с другими выбросами.
При этом специалистами рассматриваются следующие технологии: 1.3.1. Гомогенное и гетерогенное восстановление окислов азота. Селективное некаталитическое восстановление. Наиболее распространенным восстановителем является аммиак [69, 73, 74, 66, 71]. На процесс восстановления влияют следующие параметры: степень перемешивания NH.i с отработавшими газами, соотношение NHj/N(\ , температура [144, 128]. Процесс рекомендуется проводить в области температур 800-1000 С. При температуре 1100 С и выше аммиак окисляется до NO, что отрицательно сказывается на эффективности очистки. При применении в качестве восстановителя водорода или метана оптимальная температура снижается. Так, при соотношении H2/NOx=2 оптимальная температура составляет 697 С. Особый интерес представляют методы низко температурного восстановления NOx [104, 108], которые позволяют проводить процесс при температуре 300-3501 С в присутствии 25% водного раствора аммиака. Определенный интерес в этом плане представляют результаты исследований Саловой Т.Ю., выполненные применительно к автотракторному дизелю, подтверждающие возможность дальнейшего совершенствования методов селективного некаталитического восстановления для рассматриваемых целей [90].
Известны методы предусматривающие использование карбамида в качестве восстановителя [67, 68, 72], они позволяют эффективно снизить содержание оксидов азота в отработавших газах на 76-82%, в присутствии поверхностно активных веществ [68] или газообразного аммиака.
Стремление повысить безопасность эксплуатации дизельных установок судов с системами нейтрализации предусматривает использование газов восстановителей, стремление понизить эксплуатационные расходы привели к созданию систем, где в качестве газа восстановителя предлагается использовать СО, СН, получаемые на судне, мочевину, цианндную кислоту и др. сравнительно недорогие химические вещества.
Определенным преимуществом в этом плане обладает технология основанная на ступенчатой подаче топлива с восстановлением NOx непосредственно в топке котла за счёт продуктов неполного сгорания, генерируемых в зонах с низкими значениями коэффициента избытка воздуха [21, 27, 95, 91].
Эту же идею можно перенести на судовые условия [142]. Ее принцип прост: свежий воздух содержит 22 % кислорода, отработавшие газы его содержат 13-15 %. Если использовать оставшийся кислород в специальной топке комбинированного котла с помощью дополнительного топлива, то можно создать условия для восстановления NOx в присутствии собственных газов-газовосстанавителей СО и СН и добиться снижения выбросов NON до 200 ррт.
Селективное каталитическое восстановление. Практически единственным методом очистки от отработавших газов дизельных установок судов, нашедшим применение на практике является метод селективного каталитического восстановления окислов азота аммиаком [134, 88, 84, 92].
Этот процесс выгодно отличается от других методов тем, что протекает избирательно. Подаваемый в систему аммиак реагирует преимущественно только с N04, почти не взаимодействует с находящимся в газах кислородом, в связи, с чем его используют в количествах, эквивалентных содержанию в обеззараживаемых газах окислов азота. Присутствие кислорода в отработавших газах благоприятствует реакции каталитического восстановления, реакция ускоряется. Такие системы предусматривают смешение отработавших газов с аммиаком до поступления в реактор с катализатором при температуре 300 - 400 С [76, 80, 78, 75, 81]. Срок службы таких катализаторов достигает 3-4 лет [115]. В результате обеспечивается эффективность нейтрализации ЫОхдо 95 % при одновременном окисление в реакторе сажи и углеводородов, что вполне удовлетворяет перспективным нормам, введение которых ожидается в некоторых прибрежных районах США, ЯгГонии и других странах. Крупномасштабные установки в энергетике впервые были апробированы в Японии [125]. В последние годы подобные установки стали функционировать в ряде других стран (США. Австрия и др.).
При работе на сернистом топливе, как правило, установка для очистки газов от окислов азота компонуется совместно с системой сероочистки. Приняты различные схемы расположения газоочистных установок [131] с горизонтальной и вертикальной компоновкой каталитического реактора [129]. Концентрация аммиака в подобных установках, в очищенном газе составляет 0,4-0,6 мг/м [І22. 123].
Все установки полностью автоматизированы. Автоматическое регулирование подачи аммиака базируется на сигнале о содержании NOv до реактора и после пего с коррекцией на содержание N11:,/NOX=0,95 и температурой 320 С. Измерение показали хорошую равномерность распределения потоков NO (+/-5%) и NH:, (+/-10%) [130, 113]. Отмечено, что при подаче избытка аммиака возможно образование сульфатов и сульфитов аммония, которые откладываются в следом стоящем оборудовании.
Методика количественной оценки частных показателей
Формирование экспертной группы является важнейшей процедурой, в значительной степени, определяющей качество экспертных оценок [15].
Имеющиеся в литературе рекомендации по определению численного состава экспертной группы носят слишком общий характер. Существование связи между достоверностью экспертной оценки и количественным составом группы общепризнанно, однако эту связь нельзя определить однозначно, так как ее характер изменяется не только при переходе от одной конкретной задачи к другой, но и в рамках одной и той же задачи при существенных изменениях численности группы экспертов. Заметим, что небольшие колебания количественного состава незначительно влияют на окончательную оценку, и это влияние тем меньше, чем больше принятая численность экспертов.
Прежде чем рассмотреть проблему определения численного состава экспертной группы, рассмотрим особенности использования экспертов для решения различных задач, связанных с получением количественной экспертной оценки.
Можно согласиться с Л. Г. Бвлановым и В. А. Кутузовым [25], что по отношению к количественной экспертной опенке все плохо формализуемые проблемы целесообразно разделить на два класса.
Проблемы первого класса это те, в отношении которых имеется достаточный информационный потенциал. При этом считают, что эксперт является хранилищем большого объема систематизированной информации и поэтому может служить хорошим «информационным измерителем». В данном случае не вызывает возражений предположение о том, что групповая экспертном оценка близка к истинному значению оцениваемого признака.
Ко второму классу относятся проблемы, в отношении которых информационный потенциал знаний недостаточен, и поэтому экспертов нельзя рассматривать, как «хороших измерителей». В оценках экспертов появляются значительные расхождения. Применение в данном случае осреднительных методов для получения групповой оценки может привести к большим ошибкам. Например, мнение одного эксперта, сильно отличающееся от мнений остальных, может оказаться правильным, но осреднение практически не дает возможности учесть эту правильную оценку. Причем с ростом численности группы экспертов положение усугубляется, и с этой точки зрения чрезмерный рост числа экспертов нежелателен.
Многие исследователи на основании вышеперечисленных обстоятельств делают вывод о том, что для проблем второго класса в основном должна применяться качественная обработка результатов экспертного опроса [15]. Чтобы согласиться с этой точкой зрения или отвергнуть её, следует более детально рассмотреть использование экспертной оценки в решении проблем второго класса.
Во-первых, необходимость в экспертной оценке чаше всего возникает при решении именно этих проблем.
Во-вторых, при решении их используются методы системного анализа, требующие, в конечном счете, количественно; оценки.
В-третьих, осуществить качественный анализ результатов экспертного опроса практически чрезвычайно сложно. ІЗ момент получения экспертной оценки отсутствуют какие-либо критерии, позволяющие выделить наиболее достоверное суждение. Оценка достоверности суждений экспертов может быть осуществлена значительно позже, когда пройдет время, достаточное для накопления более полной информации по данной проблеме, либо же станут, известны результаты реализации решения, принятого на основании данного экспертного опроса.
Возникает затруднение: с одной стороны, необходима количественная экспертная оценка, получение которой метолами осреднения вызывает обоснованные возражения; с другой, качественный анализ также не обеспечивает ее получение. Выход из этого положения можно найти не в совершенствовании методов обработки результатов экспертизы, а на более ранних ее стадиях при подборе экспертов по квалификации и при проведении экспертного опроса.
Задача, в конечном счете, состоит в том, чтобы сделать мнения экспертов более согласованными, что даст возможность использовать традиционные методы получения групповой оценки. Значительные разногласия в оценках возникают из-за того, что не все эксперты в равной степени представляют объект и у каждого из них свои условия оценки. При оценивании объекта по заданному признаку эксперт отталкивается от имеющейся у него косвенной, или «фоновой», информации, которая представлена табором разнообразных, но достаточно определенных характеристик данного объекта, и если состав этой «фоновой» информации у экспертов существенно различен, то, естественно, появляются значительные различия и в оценках.
Все это позволяет сделать некоторые рекомендации, способствующие повышению качества экспертного оценивания:
аналитической группе, занятой подготовкой решения задачи, следует выяснить состав косвенной информации;
необходимо убедиться в однородности этого состава у экспертов; в случае неоднородности состава косвенной информации произвести ее идентификацию путем взаимного обучения JKcncpioi;.
Эти рекомендации легко реализовать, применяя многошаї овую процедуру получения экспертных оценок типа метода Дельфы и уделяя особое внимание раскрытию «кухни» экспертизы у каждого эксперта. Разработка методов такого раскрытия является актуальной задачей теории и практики использования методов экспертной оценки.
Формулы, применяемые при расчете
Исходя из опыта исследований и доводки судовых дизелей, можно принять, что отклонение истиной величины параметра должно соответствовать требованиям ГОСТР 51249 - 99.
Основные параметры, определяющие качество протекания процесса нейтрализации являются случайными величинами и для их определения необходимо располагать обширным статистическими материалами. На практике же ввиду ограниченности материальных ресурсов, мы имели дело с выборками небольшого объема. С учётом указанного для проверки достоверности используемой методики испытаний были поставлены серии контрольных замеров.
В нашей серии проводилось 300 замеров. Статистическая обработка результатов измерений величин Тог, be, СО, СН, NON была произведена с использованием программы Statistic. Использование программы Statistic позволяет произвести вычисление средних величин параметров, стандартного среднеквадратичного отклонения и среднего квадрати чес ко го отклонения среднего.
Серия показала, что значения измеряемых величин не выходят за пределы принятых отклонений. Таким образом, можно считать, что принятая методик эксперимента может быть использована для изучения параметров работы данного нейтрализатора.
Выводы
1. Произведён и обоснован выбор опытного дизеля, средств измерения для проведения исследований, разработана конструкция опытного устройства для нейтрализации оксидов азота. 2. В соответствии с требованиями ГОСТР 51249-99 ГОСТР 51250-99 правил регистра разработана и описана методика проведения экспериментальных исследований.
3. Проведена статистическая оценка методики проведения экспериментальных исследований, подтвердившая её работоспособность для решения основных задач исследования. 4. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОКСИДОВ АЗОТА 4.1. Анализ кинетики восстановления оксидов азота. Некаталитическая очистка продуктов сгорания от оксидов азота, основана на селективном взаимодействии последних с аммиаком в газовой фазе. Брутто-реакция процесса: 4NO + 4NH3 + 02 =4 N2 + Ы ЬО.
Исследование возможностей применения бескаталитической технологии, представляет значительный интерес для снижения оксида азота в ОГ судовых дизелей, так как является сравнительно недорогим и эффективным методом восстановления оксидов азота с одной стороны, и не вносит изменений в рабочий процесс, что особенно важно для эксплуатации дизелей. В тоже время поддержание оптимальных величин ряда физических н режимных параметров восстановления требует исследования кинетики процесса образования и разложения оксидов азота в процессе нейтрализации оксидов азота дизелей.
Теоретическая эффективность высокотемпературного гомогенного восстановления (ВГВ) определена термодинамическим анализом продуктов сгорания Канско-Ачинского угля [43] при коэффициенте избытка воздуха а = 1.3 и соотношении концентрации аммиака и оксидов азота NH3 / NO 1 для окислительной среды. Максимальная степень конверсии N0 в N? имеет место при достижении конечного равновесия, а при температурах порядка 1100 К теоретически можно добиться полного восстановлении N0 в N2 (рис. 4.1) 7до
Эффективность восстановления окислов азота аммиаком, где: 1 - высокотемпературное гомогенное восстановление, 2 - равновесная кривая. Температурные условия, в которых может, протекать процесс исследовались рядом авторов [43, 46, 47, 89, 93]. Однако эта технология характеризуется узким температурным диапазоном (1190 - 1260 К), в котором она достаточно эффективна. Нижняя температурная граница (1а) обусловлена кинетикой процесса, а верхняя (16) - термодинамикой, пріїчем верхняя граница практически совпадает с равновесной кривой (2). Из представленного анализа данных протекания процесса восстановления видны сложности практической реализации технологии ВГВ, необходимость тщательной дозировки подачи аммиака, для избежания превышения концентрации не прореагировавшего аммиака в отходящих газах; организация точной подачи аммиака в нужную температурную зону. В работе [90] приводятся данные, полученные при работе дизеля на номинальном режиме, где в процессе некаталитического восстановления аммиаком NOv в дымовых газах удалось удалить до 70% NO .
Расчетно-теоретические исследования физических условий работы устройства для нейтрализации оксидов азота ОГ дизелей
Скорость подачи восстановителя на этих режимах существенного значения не имеет (см. рис. 5.20 -5.21 и табл. 1, 2 Приложение II.)
С переводом двигателя на боле нагруженные режимы нагрузки, отмеченные ранее закономерности в части влияния концентрации восстановителя в зоне смешения сохраняются, однако, начинает оказывать влияние скорость его подачи в устройство. Так изменение концентрации восстановителя в потоке от 1/5 до 1/25 привело к изменению эффективное і и ь па режимах 50, 75, 100, 110% - ной нагрузки по винтовой характеристике, соотвечетвенио 30, 25, 27, 55%, на аналогичных режимах нагрузочной характеристики 15, 27, 42, 55% (см. рис. 5.12, 5.14, 5.16, 5.18). Причём, как следует из рис. 5.15, механизм влияния изменения концентрации восстановителя в иоюке сохраняется, и при переходе на наиболее нагруженный режим винтовой характеристики и на внешнюю характеристику.
При изменении скорости подачи г.юа тановшеля начинает проявляться конкурирующий механизм протекания реакций по всем схемам, рассмотренным в рис. 4.3. путь D и Е. Оптимальная скорость подачи восстановителя на режимах 50, 75, 100, 1 10% винтовой характеристики составила соответственно 2.55, 2.2. 3.2, 7.95 г/мин, что соответствова.ю изменению эффективности нейтрализации N04 в устройстве соответственно 30, 25. 27, 55%.
На режимах нагрузочной характеристики он і имальная скорость подачи восстановителя на соответствующих режимах составила 3.2, 4.83, 6.44, 7.25г/мин. что обеспечило эффективность нейтрализации соответственно 15, 27,42,55%.
Таким образом, при работе дизеля 14 8.5/11 но винтовой характеристике установлен оптимальный для рассматриваемого усіройства интервал значений концентрации восстановителя CO(NH:): в восстановительной камере от 0.045г/м" до 0.09 і Ум 1 максимальная степень восстановления 55% соответствует значению 0.09 г/м\ при концентрации CO(NH2)2 в растворе 1/5. Параметры лотока газов соответствующие этому режиму V, = 55.3 м7ч, Т, = 773 К, исходная концентрация NO., = 420 ррш.
При работе дизеля I Ч 8.5/11 по нагрузочной характеристике на режимах 50, 75, 100, 110% PL.„ оптимальный для рассматриваемого устройства интервал значений концентрации восстановителя CO(NH2)2 в восстановительной камере составил от 0.04 г/м до 0.09 г/м \
Максимальная степень восстановления 55 % соответствует значению мг/м" и скорости подачи раствора 0.09 г/мин. Парамс ры потока ОГ соответствующие этому режиму V,- = 53.7 ,ТГ = 758 К, исходная концентрация NOx в ОГ = 450 ррпг
Эффективность нейтрализации NOx на двух рассматриваемых режимах винтовой и нагрузочной характеристик достигала максимальных значений при максимальном режиме работы дизеля по рассмотренным характеристикам. Это связанно в первую очередь с температурой ОГ на указанных режимах и степенью возврата промежуточных продуктов химических реакций в зону начала восстановления. При работе по винтовой характеристике на рассматриваемом режиме возврат больше и соответственно выше эффективность нейтрализации.
Описанные закономерности подтверждаются обобщенными зависимостями эффективности работы устройства от различных факторов представленных на рис. 5.22 - 5.25. Из них следует, что в опытном устройстве процесс нейтрализации N04 начинают протекать при температурах около 400 К также как и в каталитических нейтрализаторах автомобильного іипа. При этом, как следует из рис 5.23 эффективность восстановления N(\ на режимах с указанными температурами не высока и составляет порядка 12-15%. По мерс увеличения нагрузки и роста температуры отработавших газов эффективность работы устройства возрастает и при температуре отработавших газив в 750 - 770 К составляет 55%. Последнее позволяет достичь экологических показателей дизельной установки на уровне перспективных требований.
Другим важным параметром, определяющим эффективность восстановления NOx в опытном устройстве, является концентрация карбамида в восстановительной камере. Это подтверждают результаты, представленные на рис. 5.22. Они показывают, что зависимость имеет сложный характер и оптимальная концентрация восстановителя должна устанавливаться в зависимости от концентрации NOx, скорости газового потока и реализующегося в устройстве объемного расхода газа. Это связано с тем, что при определенных соотношениях температур, концентрациях восстановителя, скорости газового потока и реализующемся в устройстве объемном расходе газа подаваемый в камеру восстановитель становится сам инициатором образования оксидов азота. В качестве параметра позволяющего управлять процессом может быть использовано соотношение скоростей потоков: рециркулирующего потока ОГ и эжектируемого потока восстановителя.
